Rafael S. Beolchi(a), DDS, MSc
Carlos Shimokawa(b), DDS, MSc, PhD
Bruno Pelissier(c), MCU-PhD
(a) University of São Paulo, School of Dentistry, São Paulo, São Paulo, Brazil.
(b) University of São Paulo, School of Dentistry, São Paulo, São Paulo, Brazil.
(c) MCU-PH, Dentisterie Restauratrice, service OCE. UFR d’Odontologie de Montpellier I. 545 Avenue du Pr JL Viala. 34193 Montpellier Cedex 5. Laboratoire EA 4203
Disse restaureringene må imidlertid også vare så lenge som mulig. I denne sammenhengen er et riktig lysherdet komposittmateriale en av de viktigste forutsetningene for lang levetid.
Dette er et emne som må forstås hvis vi vil at restaureringene våre skal være mer holdbare og forutsigbare (1), både når det gjelder utseende og funksjon. Det er allerede godt kjent at det å oppnå en høy grad av polymerisering av resinet er en av de mest vesentlige utfordringene under fotopolymerisering, siden dette er ett av kravene for en restaurering med lang levetid. (2)
Når det er sagt, er emner som effekt, energitetthet, lyskollimering, hvilke fotoinitiatorer som brukes i kompositten, plasseringen av og typen restaurering, samt strålehomogenitet bare noen eksempler på hva som trengs for å oppnå et bedre polymerisert komposittmateriale.
Forstå de grunnleggende begrepene: effekt, irradians og spissdiameter.
Det å oppnå en høy grad av konvertering er svært viktig under polymeriseringen, siden en av betingelsene for lang funksjonstid for komposittmaterialer er at de må være herdet tilstrekkelig. Utilstrekkelig herding er knyttet til svikt som mikrolekkasjer, misfarging, økt slitasje samt irritasjon av pulpa.
På grunn av dette bør alle klinikere ta komposittmaterialenes karakteristika, som hvilken type fotoinitiatorer materialet inneholder (3) samt komposittmaterialets gjennomskinnelighet og farge, med i betraktningen. Disse faktorene må vurderes, siden lysoverføring og -absorpsjon varierer for de ulike lysherdende komposittresinene . Som en tommelfingerregel kan man si at jo mer ugjennomskinnelig og mer farget komposittmaterialet er, jo mer lys kreves for herdingen (4).
Med hensyn til lysherdelamper er effekten ett vesentlig element som må tas med i betraktningen – denne angis i watt. Når det arbeides med et spesifikt område, benyttes begrepet effekttetthet. Dette kalles også irradians eller strålingstetthet og angis vanligvis i mW/cm².
Før vi går videre er det viktig at klinikeren er oppmerksom på diameteren til spissen på enheten som brukes til lysherding. Grunnen er at visse produsenter av herdelamper i en årrekke har brukt et triks for å gi inntrykk av høyere effekt: men i stedet for å øke den nominelle effekten, har de gjort spissen mindre – med andre ord virker det som om de tilsynelatende har økt tilgjengelig irradians ved å redusere størrelsen på spissen. Dermed kan mange mindre dentale herdelamper kreve flere herdesykluser for å dekke en restaurering, mens de som har et større fotavtrykk krever én eller kanskje to (figur 1 og 2).
Totalenergikonseptet (5, 6) tilsier at fotopolymeriseringsprosessen avhenger av energien som absorberes av resinet og kan oppsummeres med summen av lysintensiteten ganget med eksponeringstiden. For eksempel gir 20 sekunder med en lysintensitet på 800 mW/cm² = 20 s x 800 mW/cm² = 16 000 mJ/cm², eller 16 J/cm².
Vitenskapelig litteratur er uenig om mengden energi som kreves for tilstrekkelig herding av komposittresiner. Enkelte studier (7) hevder at den minste påkrevde doseringen for at herdet komposittmateriale skal oppnå gode mekaniske egenskaper, er minst 24 J/cm². Dette er imidlertid ikke en absolutt verdi og varierer mellom ulike kompostittmaterialer (8), hovedsakelig avhengig av type, farge, opacitet og hvilke fotoinitiatorer det inneholder. Etter dagens oppfatning er 16 J/cm² den standard aksepterte verdien som kreves for en komplett polymerisering av et 2 mm lag av komposittmateriale (9, 10), selv om denne verdien kan være lavere i visse tilfeller.
Lys som produseres kontra lys som leveres.
Som tidligere angitt er det helt nødvendig å forstå hvor mye lys som produseres. I tillegg er det fundamentalt viktig å forstå hvordan lyset leveres inn i kaviteten. Måten lys spres på når det forlater spissen kalles kollimering og må tas med i betraktningen når du herder materiale i kaviteter av f.eks. klasse I og klasse II (11).
Det er meget viktig å sikre at selv de dypeste lagene av komposittmaterialet herdes på riktig måte, ettersom effekten som leveres ved spissen kan være ulike den faktiske effekten som leveres til dype kaviteter. Det å vite hvor stor forskjellene er mellom de to energiverdiene er særlig viktig når avstanden fra lysspissen til restaureringen øker, siden den dypeste delen av en vanlig klasse II-restaurering kan være 8 mm dyp eller mer.
Når det er sagt, skal herdelampen, i tillegg til å være kraftig og levere bredspektret lys, ideelt sett også levere hoveddelen av det produserte lyset igjennom hele restaureringens dybde. Dessverre når ikke alt det produserte lyset målet, ettersom lysspredningen øker med avstanden til herdespissen – og lysspredningen kan variere betraktelig avhengig av enhetens type og oppbygging. Det er viktig å vite at nesten all informasjon som deles av produsenter om effekten til utstyret deres refererer til målinger ved lyslederens spiss.
En artikkel (12) tok for seg effekttapet på tre dentale herdelamper fra lyslederens spiss til området som skulle herdes ved tre ulike avstander.
Det er naturligvis slik at alle tre enhetene tapte irradianseffekt med økende avstand. En av dem (VALO, Ultradent Products, USA) viste imidlertid bedre kollimering.
Figur 3 viser strålekollimering for hver lysherdende enhet i et dispergert vandig medium. Bildet hjelper til med å visualisere konseptet med kollimering og arealet som hver enhet belyser ved forskjellige avstander.
Selv om alle de tre lampene genererer en svært lik effekt i et gitt område (omtrent 1700 mW/cm²), blir lysstrålene mindre konsentrert ved større avstander. Hovedårsaken til at lysstrålen er mer fokusert på VALO-lampen er på grunn av lyslederens utforming. Det er også forklaringen på at de andre lampene ikke kan fokusere lyset som i det førnevnte tilfellet. Det å ha en linse ved spissen gjør at lyset ikke spres (figur 4).
De andre spissene var en klassisk fiberglassleder og en plastlinse (figur 5 og 6). Plastlinsen gjorde det motsatte av å kollimere lyset: den spredde i stedet lyset, hvilket er nettopp det som skal unngås, særlig når det er avstand mellom lyslederens spiss og bunnen av kaviteten.
For å forstå denne situasjonen og hvordan den er tilknyttet vår daglige tannlegepraksis på en annen måte, kan vi beregne den totale tidsmengden som trengs for å nå verdien på 16 J/cm² ved hjelp av informasjon fra denne studien. Ved 0 mm er den påkrevde tiden svært lik for alle lampene – den strakk seg fra 9,58 til 8,7 sekunder, som er en forskjell på bare 0,88 sekunder.
Ved 8 mm varierte verdiene med så mye som 49,55 sekunder for Radii-cal og 16,01 sekunder for VALO.
Forskjellige fotoinitiatorer krever ulike bølgelengder.
Det foreligger fortsatt mange misforståelser og frustrasjoner med hensyn til den faktiske kompatibiliteten mellom lysherdende enheter og restaureringsmaterialer som lysherdes, dette er også grunnen til at det er så viktig å vite bølgelengden på lyset som utstråles.
For mange tannleger på slutten av 1980-tallet og på 1990-tallet var kvarts-wolfram halogenlamper (QTH) den mest populære kilden til blått lys, og disse ble brukt til å sensitivere fotoinitiatorsystemet bestående av kamferkinon – en type materialer som absorberer synlig lys ved 468 nm (13). QTH-lamper hadde et spesielt glassfilter som absorberte varme og et lysfilter som slapp gjennom et bredt spekter av blått lys mellom 400 og 550 nm (14), mer enn nok til å aktivere kamferkinon.
Sent på 1990-tallet ble tannbleking en populær behandlingsform. Dermed trenges det nye komposittfarger som kunne matche de lysere fargene til blekede tenner. Bruken av kamferkinon som den eneste fotoinitiatoren hindret denne muligheten, siden den sterke, gule fargen hadde en betydelig påvirkning på komposittmaterialets endelige farge2.
Dentalindustrien begynte nå å se se om etter alternativer og materialer med en annen fordelingskurve for maksimal lysabsorpsjon ble tatt i bruk igjen. Disse fotoinitiatorene tilhører en klasse materialer som nedbrytes til to radikaler uten behovet for en medinitiator, og til tross for at de var gulaktige, hadde de den fordelen at de kunne blekes etter herdingen (15). Disse ble brukt i de første årene med lysherdede kompositter og trengte ultrafiolett (UV) energi (omtrent 365 nm) (16, 17).
Når de kombineres med kamferkinon, fremviser disse materialene en synergistisk effekt som muliggjør en mindre konsentrasjon av sistnevnte og dermed en reduksjon av restaureringens gule restfarge etter fotoinitiering (18), samtidig som man oppnådde en meget god og noen ganger forbedret lysherding (19).
En annen fordel med den kombinerte bruken av de nye fotoinitiatorene, som TPO, APO eller BAPO, er at det skapes en økt fargestabilitet for komposittrestaureringene, sammenlignet med andre som kun benyttet kamferkinon, uten at restaureringens fysiske eller kjemiske egenskaper ble kompromittert (20, 21).
Fordi disse nye fotoinitiatorene nå brukes på mange områder, ikke bare i kompositter, men også i andre materialer som lysherdes, som f.eks. resinsement, bør klinikere vite om deres herdelamper avgir et lysspektrum som er bredt nok og har sterk nok effekt til å lysherde alle typer komposittmaterialer.
For å få en god forståelse av dette trengs det litt historie: De første LED-lysenhetene for dental bruk ble lansert på 2000-tallet. LED-lys er chipper produsert med et halvledermateriale med urenheter, hvilket skaper et p-n-grensesnitt hvor elektrisite t strømmer fra anoden (p-siden) til katoden (n-siden). Bølgelengden til det utstrålte lyset, og dermed også fargen, avhenger av energibåndgapet for materialene som danner p-n-grensesnittet (22).
Det ble utviklet blått lys ved hjelp av halvledermaterialer bestående av indium galliumnitritt (InGaN)22. Det utstrålte lyset er ikke helt monokromatisk, som med for eksempel en laser, men båndbreddespektrumet er relativt smalt. særlig sammenlignet med det brede spektrumet utstrålt av andre lystyper, og spesielt halogenlamper. Med andre ord matchet spektrumet av det utstrålte lyset kun absorpsjonstoppen for kamferkinon, noe som var utilstrekkelig for å herde mer moderne kompositter og deres alternative fotoinitiatorer tilstrekkelig effektivt (23).
Den situasjonen begynte å endre seg på begynnelsen av det 21. århundre, når en ny teknologi tillot produksjonen av en enkelt chip med flere LED-lys. Dette økte lysutstrålingen betraktelig og muliggjorde også produksjon av LED-chipper som utstrålte mer enn én bølgelengde. Disse nye enhetene produserte også en større lysmengde, slik at det oppsto kortere herdetider for resinbaserte komposittrestaureringer (24).
UltraLume 5 (Ultradent Products, South Jordan i USA), med et sentralt blått LED-lys på 5 W (med en bølgelengde på ca. 465 nm) omringet av fire lys med lav intensitet (med bølgelengde rundt 400 nm) var en av de første.
Figur 7a viser chipsettet til LED-lysene på VALO. Figur 7b viser de samme LED-lysene tent, hvor man kan se de ulike bølgelengdene som utstråles. De to identiske LED-lysene genererer blått lys ved 465 nm, det øverst til venstre genererer lys ved 405 nm, og det nederst til høyre genererer lys ved 445 nm. Figur 7c viser lampens projiserte herdeareal.
Figur 8 viser spektralanalysen av lyset VALO utstråler. I tillegg til det blå lyset med bølgelengden 465 nm, genereres det også lys med kortere bølgelengder, hvilket betyr at det kunne sensitivere de nye typene fotoinitiatorer.
Figur 8: Spektralanalyse av lyset VALO utstråler.
Strålehomogenitet.
Strålehomogenitet er herdelampens evne til å levere en lysstråle som er enhetlig over hele herdearealet , samt en annen viktig funksjon. I tilfeller hvor herdelampen genererer mer enn én bølgelengde, er det viktig at alle fargene spres samtidig. Men selv lamper som kun genererer én farge kan mangle strålehomogenitet.
Komposittmaterialer som lysherdes kan få dårligere egenskaper på grunn av en ikke-homogen lysstråleprofil, fordi de ikke polymeriseres jevnt i periferien og dermed kan fremvise lav bindestyrke der hvor de mottok mindre irradians. Slik manglende enhetlighet kan skape områder som er godt lysherdet sammen med områder som er dårlig lysherdet i samme restaurering.
For å illustrere dette konseptet kan du gå tilbake til figur 1. Her kan du se stråleprofilene fra to ulike herdelamper projisert oppå hverandre over en typisk okklusal preparering i underkjevemolar. Merk at størrelsen på restaureringen i forhold til spissdiameteren på høyre side gjør at det kreves flere eksponeringer for å bestråle hele den okklusale restaureringen med en tilstrekkelig lysmengde. Dette er ikke bare på grunn av den mindre diameteren, men også den manglende homogeniteten.
Analysen av lysstråleprofilen kan fremvise ulikheter i lysfordelingen i ulike områder av av lyslederen. Dette er viktig informasjon som lar både tannleger og forskere identifisere «hot spots» med høy irradians og andre områder som avgir lav irradians.
Den manglende homogeniteten til stråleprofilen kan være enda mer bekymringsfull når vi introduserer bulk-fill-kompositter. Siden det nå hevdes at større restaureringer kan utføres med én enkelt porsjon av lysherdende komposittmateriale med bare én lyseksponering for å herde hele restaureringen [34], er resultatet at visse deler av disse restaureringene nå kan fotoaktiveres av deler av lyset. Hvis tannlegen imidlertid vet at lysutstrålingen ikke er homogen, kan de velge å bruke en trinnvis fylleteknikk og flere lyseksponeringer for å redusere den negative virkningen av denne manglende homogeniteten i herdelampens stråleprofil (25).
I tilfeller hvor en lampe er utstyrt med en linse, som f.eks. Valo, kan det ses at alle de 4 ulike strålene er separate når lysstråleenheten observeres borte fra en overflate (figur 9a og 9b). Nærmere overflaten, ved klinisk avstand, kan man se at alle de forskjellige fargene (bølgelengdene) overlapper hverandre, takket være brennvidden til linsen (figur 9b og 9d).
Figur 9 (a, b): 4 ulike stråler synes å være separat når lysstråleenheten observeres borte fra en overflate. Nærmere overflaten, ved klinisk avstand, ligger alle de forskjellige bølgelengdene over hverandre.
Figur 10 (a, b): Bildene viser samme situasjon som på figur 2 (a, b), men under et oransje filter.
For å illustrere dette konseptet på en bedre måte, viser figur 11a og b en tredimensjonal representasjon av stråleprofilen til Bluephase Style (Ivoclar)-polymeriseringslampen. Figur 11a viser stråleprofilen når analysert fra 0 mm, and figur 11b viser samme enhet målt fra 9 mm, hvilket simulerer klinisk avstand som ved en standard klasse II-kavitet. Fig. 11c viser en tredimensjonal visning av bilde 11a (0 mm), og 11d viser det samme, men for bilde 11b (9 mm). Merk at det mangler både homogenitet og kollimering.
Figur 11 (a, b, c, d): Tredimensjonal Bluephase Style (Ivoclar)-polymeriseringslampe. Figur 11a (bilde øverst til venstre) viser stråleprofilen når analysert fra 0 mm, and figur 11b (bilde øverst til høyre) viser enheten målt fra 9 mm. Fig. 11c (bilde nederst til venstre) viser en tredimensjonal visning ved 0 mm, og 11d bilde nederst til høyre) viser det samme, men for 9 mm.
På samme måte som med figur 11, viser figur 12a og 12b også en annen lampe, nå Ultradents VALO ved 0 og 9 mm, i den rekkefølgen. I motsetning til for den andre enheten, kan man her se at både kollimering og strålehomogenitet opprettholdes, selv når lyset analyseres 9 mm fra sensoren.
Figur 12 (a, b, c, d): Tredimensjonal representasjon av stråleprofilen for VALO Grand (Ultradent). Figur 12a (bilde øverst til venstre) viser stråleprofilen når analysert fra 0 mm, and figur 12b (bilde øverst til høyre) viser enheten målt fra 9 mm. Fig. 12c (bilde nederst til venstre) viser en tredimensjonal visning ved 0 mm, og 12d (bilde nederst til høyre) viser det samme, men for 9 mm.
Både spissdiameteren og homogeniteten til lysstrålen på lysherdende enheter kan og vil påvirke resultatet med hensyn til riktig lyspolymerisering. Resultater fra artikler rapporterte om mindre variasjon i overflatens mikrohardhet når VALO Grand ble brukt (26), og dette er på grunn av herdelampens gode homogenitet.
Endelige anmerkninger.
Godt polymeriserte dentalkompositter gir bedre mekaniske egenskaper og dermed også bedre klinisk ytelse. Dette er spesielt viktig fordi dentalkompositter er krevende materialer med tanke på manipulering, og at munnen også er et ugjestmildt miljø.
Når vi herder komposittmaterialer, skal vi ikke bare være oppmerksomme på effekten til herdelyset, siden herdelamper med lignende lyseffekt kan ha betydelige ulikheter i bruk. Andre faktorer, som energitetthet, lyskollimering, hvilke fotoinitiatorer som brukes i kompositten, plasseringen av og typen restaurering, avstanden fra lysspissen til restaureringen samt strålehomogenitet, må også tas med i betraktningen.
Alt det vi har diskutert her er viktig, men man må også være oppmerksom på noen trivielle, men allikevel viktige kliniske faktorer, som:
- At spissen på herdelampen holdes helt i ro.
- At spissen på herdelampen holdes vinkelrett og at det ikke finnes hindringer, som f.eks. en matrise som blokkerer lysbanen og skaper skyggeområder. Husk at lyset går i rett linje, noe som også betyr at de beste herdelampene har en lav profil – slik at de kan nå alle områder i munnen.
- At spissen er helt rent. Det er også viktig at lysbeskyttelsen sitter riktig, uten mellomrom eller skjøter mellom spissen og tannkaviteten, siden slike kan redusere lyseffekten betraktelig.
Dette er særlig viktig i en tid med minimalt invasiv tannbehandling, hvor de estetiske kravene allerede er en realitet, og kravet om at restaureringer skal holde seg vakre og på plass i lang tid er blitt helt obligatorisk.
Referanser
(1) Price, R.B.; McLeod, M. E.; Felix, C. M. Quantifying Light Energy Delivered to a Class I Restoration J Can Dent Assoc 2010; 76:a23
(2) Price R.B., Felix C.A. Effect of delivering light in specific narrow bandwidths from 394 to 515nm on the microhardness of resin composites Dental Materials 2009 25(7) 899- 908
(3) Rueggeberg FA. State-of-the-art: dental lightcuring - a review. Dent Mater. 2011 Jan;27(1):39-52. Review.
(4) Hyun HK, Christoferson CK, Pfeifer CS, Felix C, Ferracane JL. Effect of shade, opacity and layer thickness on light transmission through a nano-hybrid dental composite during curing. J Esthet Restor Dent. 2017 Sep;29(5):362-367. doi: 10.1111/jerd.12311. Epub 2017 Jun 19.
(5) Halvorson RH, Erickson RL, Davidson CL. Energy dependent polymerization of resin-based composite. Dent Mater. 2002 Sep;18(6):463-9.
(6) Koran P, Kürschner R. Effect of sequential versus continuous irradiation of a lightcured resin composite on shrinkage, viscosity, adhesion, and degree of polymerization. Am J Dent 10, 17–22 (1998)
(7) Fróes-Salgado NR, Francci C, Kawano Y. Influência do modo de fotoativação e da distância de irradiação no grau de conversão de um compósito. Perspect Oral Sci 2009 Ago; 1(1):11-17.
(8) Kelsey W, Blankenau RJ, Powell GL, Barkmeyer W, Stormberg E. Power and time requirements for using the argon laser to polymerize composite resins. J Clin Laser Med Surg 1992;10:273–8.
(9) Benetti AR, Asmussen E, Peutzfeldt A. Influence of curing rate of resin composite on the bond strength to dentin. Oper Dent. 2007 Mar-Apr;32(2):144-8.
(10) Pfeifer CS, Ferracane JL, Sakaguchi RL, Braga RR. Photoinitiator content in restorative composites: influence on degree of conversion, reaction kinetics, volumetric shrinkage and polymerization stress. Am J Dent. 2009 Aug;22(4):206-10.
(11) Rode KM, Kawano Y, Turbino ML. Evaluation of curing light distance on resin composite microhardness and polymerization. Oper Dent. 2007 Nov-Dec;32(6):571-8.
(12) Beolchi RS, Garófalo JC, Forti W, Palo RM. O seu fotopolimerizador está preparado para os novos materiais? Revista APCD de Estética 2013;v.1(3) p. 240-250.
(13) Mills RW, Jandt KD, Ashworth SH. Dental composite depth of cure with halogen and blue light emitting diode technology. Br Dent J. 1999 Apr 24;186(8):388-91.
(14) Rueggeberg F. Contemporary issues in lightcuring. Comp Cont Educ Dent 1999;20(Suppl. 25):S4–15
(15) Rutsch W, Dietliker D, Leppard D, Kohler M, Misev L, Kolczak U. Recent developments in photoinitiators. Prog Org Coat 1996;27:227–39.
(16) Lienhard O,inventor. Canrad Precision Industries,Inc., assignee: instrument for transmitting ultra-violet radiation to a limited area. United States Patent 3,712,984; 1973.
(17) Neumann MG, Miranda Jr WG, Schmitt CC, Rueggeberg FA, Correa IC. Molar extinction coefficients and the photon absorption efficiency of dental photoinitiators and light curing units. J Dent 2005;33:525–32.
(18) Park YJ, Chae KH, Rawls HR. Development of a new photoinitiation system for dental light-cure composite resins. Dent Mater 1999;15:120–7.
(19) Palin WM, Leprince JG, Hadis MA Shining a light on high volume photocurable materials. Dent Mater. 2018 May;34(5):695-710.
(20) Albuquerque PP, Moreira AD, Moraes RR, Cavalcante LM, Schneider LF. Color stability, conversion, water sorption and solubility of dental composites formulated with different photoinitiator systems. J. Dent. 2012 Dec 8. pii: S0300-5712(12)00322-3.
(21) Brandt WC, Gomes-Silva C, Frollini E, Souza-Junior, EJ, Sinhoreti, MAC. Dynamic mechanical thermal analysis of composite resins with CQ and PPD as photo-initiators photoactivated by QTH and LED units. J Mech Behav Biomed Mater 24 (2013) 21–29
(22) Krames M. Light-emitting diode technology for solid-state lighting. In: National academy of engineering: US frontiers of engineering symposium. 2009.
(23) Uhl A, Sigusch BW, Jandt KD. Second generation LEDs for the polymerization of oral biomaterials. Dent Mater 2004;20:80–7
(24) Amaral CM, Peris AR, Ambrosano GM, Pimenta LA. Microleakage and gap formation of resin composite restorations polymerized with different techniques. Am J Dent 2004;17:156–60
(25) Shimokawa CA, Turbino ML, Harlow JE, Price HL, Price RB. Light output from six battery operated dental curing lights.
Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016 Dec 1;69:1036-42. doi: 10.1016/j.msec.2016.07.033. Epub 2016 Jul 21.
(26) Shimokawa CAK, Turbino ML, Giannini M, Braga RR, Price RB. Effect of light curing units on the polymerization of bulk fill resin-based composites Dent Mater. 2018 Aug;34(8):1211-1221. doi: 10.1016/j.dental.2018.05.002. Epub 2018 May 22.